一體化凈水設備在晉中某水廠的工藝設計應用實例

陳 禹

(太原供水設計研究院有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

水是生命之源，人們的生產生活都離不開水，所有的水都是經過城市凈水廠經城市管網輸送到千家萬戶中去的，因此，水廠建設是城市給水工程建設和發展的基礎，是提高城市供水安全性的需要。隨著社會的進步和發展，用水設施和人口不斷增加，生活水平日益提高，用水量也逐漸擴大，以至于水廠的運轉負荷與日俱增，高峰期用水出現了滿負荷甚至超負荷運轉，日常的維護清洗也是遇到了極大的困難，因此需要改造或者擴建以提高其負載能力。而現如今，一體化凈水設備已經出現在了很多城市和農村的水廠中，因其安裝方便、占地小、周期短，功能全受到很多自來水公司的喜愛，特別是給那些用地緊張，資金不足、工期短的單位帶來了福音，比起擴建水廠把大量時間精力用在征地、項目審批、土建安裝工程的做法，顯然一體化凈水設備更適宜水廠改造的需要。

2 項目條件及方案比選

2.1 項目條件

本工程設計規模為15 000 m3/d，相應生產構筑物擬建于該水廠過濾車間廠房內。該水廠過濾車間內設V型濾池、超濾處理單元、臭氧接觸池、活性炭濾池。目前，過濾車間內現有設備包含V型濾池、臭氧接觸池和活性炭濾池，由于目前出水水質已經能夠達到出水水質要求，超濾處理單元相關設備并未安裝。空出的地方可以作為相關場地。

2.2 工藝方案比選

第一方案：采用常規處理方式，見圖1。

第二方案：采用一體化凈水設備，見圖2。

對以上兩種工藝方案進行比較，優缺點見表1。

擬建區域為過濾車間廠房內，占地為長16 m×寬60 m的空地，區域面積狹小，無法滿足15 000 m3/d的土建凈水構筑物布置所需面積，若采用一體化凈水裝置，擬建區域面積則會較為富裕。

表1 工藝方案比較

綜上所述，本工程所選工藝方案應以安全可靠、操作簡單、管理簡單、占地小、施工周期短為原則，因此，本次工程設計工藝方案采用第二方案。

3 工程方案介紹

本次供水系統方案采用由松塔水源輸水管接水，設置DN500給水管線，沿廠區內道路向西敷設至過濾車間廠房內，最終入一體化凈水設備內，經過常規凈化處理后接入原水廠V型濾池出水管，再由原水廠臭氧接觸池—活性炭濾池處理后進入原水廠清水池中。

3.1 水源概述

松塔水庫位于晉中市東壽陽縣瀟河主流松塔河上，整個水庫最大壩高為63 m、正常蓄水位1 027.00萬m3，總庫容9 820萬m3，年平均徑流量4 616萬m3。其中設計向晉中市供水1 500萬m3/年。

據《山西省松塔水電站工程環境影響報告書》(山西省水利水電勘測設計研究院)所列瀟河松塔村附近支流匯入后的干流水質監測項目，按GB 5749—2006生活飲用水衛生標準進行評價(標準中沒有的項目以GB 3838—2002地表水環境質量標準的Ⅱ類水標準評價)。相關結果表明水庫水監測項目中除大腸菌群和懸浮物超標外，其余均符合GB 5749—2006生活飲用水衛生標準，但揮發酚和硫化物已達標準限值，超標和達限值指標可在凈水工藝中進行處理。

3.2 管式靜態混合器

水質的混凝處理，是向水中加入混凝劑(或絮凝劑)，通過混凝劑的水解和縮聚反應而形成高聚物，因為其有強烈的架橋作用，使膠粒被吸附粘結。而管式靜態混合的作用是使混凝劑的水解產物向水體中的擴散過程將藥劑均勻地擴散到所投加的水流中。管式靜態混合器在主管壁上的藥劑投加區域為螺旋狀、纏繞形分布均勻，帶有傾角的諸多噴藥孔，噴藥孔在內管腔呈內外螺旋狀雙層、雙向分布。在進水運行漩流和投藥泵壓力的雙重作用下，將藥劑由呈螺旋狀分布的噴口以一定角度和噴射力噴入混合器原水中，在混合器外腔漩流層的作用下，使水流形成內外腔混合，匯合管內后段螺旋流，促成藥液與源水流體的高效混合，提高混合器管內原水與藥劑充分的混凝效果。所以目前給水廠在水力混合形式上采用的更多的是管式靜態混合器。

3.3 網格絮凝池

網格絮凝池是傳統的絮凝池的一種，其原理為將絮凝池分成許多面積相等的方格，每個方格豎井安裝若干層網格，水流自進水開始從一個方格豎井流向下一個方格豎井，每個方格豎井之間上下交錯開孔，使水流也上下交錯流動，一直到出口。由于其構造簡單，絮凝時間短，絮凝效果好，因此較適用于本工程。

3.4 橫向分流式斜板沉淀池

橫向分流式斜板沉淀池是在側向流沉淀斜板以及迷宮斜板技術基礎上改進而成，由多組包括導流板、沿流體流通方向設置的多片翼板等沉淀部件排列而成，與其他沉淀技術相比有以下特點：介質的流動方向為水平流動，通過設置的多層翼板將水流分層凈化，當介質流經其中一層翼板后，即可將其沉降物排入沉淀區。根據沉淀池去除絮凝顆粒的沉淀原理，在池內進水流量一定的情況下，沉淀池的沉淀效率與沉淀池沉淀投影面積成正比，增加橫向分流式斜板凈化裝置后因沉淀投影面積增加，可以提高沉淀池的沉淀能力，較適用于本工程。

3.5 Ⅴ型濾池

Ⅴ型濾池又稱均粒濾料濾池，它是我國于20世紀80年代末從法國Degremont公司引進的技術。其主要特點為，恒定水位等速過濾；濾速高，過濾周期長，出水效果好；承托層較薄；沖洗采用氣洗、水洗和氣水反沖洗，沖洗效果好而且節約了沖洗用水；考慮其特點，本工程采用Ⅴ型濾池。

4 工藝設計

4.1 一體化凈水設備

1)一體化凈水設備設計處理水量為15 000 m3/d。

2)一體化凈水設備為不銹鋼箱體，平面尺寸為23.1 m×12.0 m。

3)原水先經過管式靜態混合器加混凝劑，使之充分混合后進入一體化凈水設備，一體化凈水器設備內部按水流順序分別進入網格絮凝池、橫向分流式斜板沉淀池和V型濾池，經過這樣一系列常規水處理后，直接接至原水廠V型濾池出水管，再由原水廠臭氧接觸池—活性炭濾池處理后加氯進入原水廠清水池中。

4)出水管匯總后分別接入V型濾池出水管。

一體化凈水設備工藝參數：

處理能力：Q=15 000 m3/d。

數量：1臺。

材質：不銹鋼304材質。

主體設備外形平面尺寸：23.1 m×12.0 m×3.6 m。

進水壓力不小于0.06 MPa。

絮凝形式：均衡渦旋式混合反應。

反應時間：16.0 min。

沉淀池形式：橫向分流式斜板。

濾池形式：V型濾池，分三格，單邊V型槽。

濾料：均質石英砂濾料，0.9 mm～1.2 mm，K80<1.4。

濾速：8.6 m/h。

氣洗：氣沖強度q氣=15 L/(s·m2)；

反沖氣量Q=23.6 m3/min；

反沖歷時T1=2 min。

聯洗：氣沖強度q氣=15 L/(s·m2)；

水沖強度q水=3 L/(s·m2)；

反沖歷時T1=5 min。

漂洗：水沖強度q水=6 L/(s·m2)；

反沖水量Q=567 m3/h；

反沖歷時T2=6 min。

表掃：表掃強度q掃=2.3 L/(s·m2)，全程。

反沖風機：采用兩臺三葉羅茨風機，一用一備，風機參數：

Q=25.08 m3/h，H=40 kPa，N=30 kW。

反沖水泵：采用三臺管道泵，兩用一備，水泵參數：

Q=300 m3/h，H=15 mm,N=18.5 kW。

4.2 加藥裝置

PAC投加系統

PAC藥劑投加在凈水裝置進水管混合器上，在管道內混合后進入一體化凈水設備。

1)設計參數。

設計處理水量為15 000 m3/d。

PAC投加量：最大為30 mg/L，平均為15 mg/L。

投加聚合氯化鋁溶液濃度為10%。

2)投加系統設計。

每日耗固體聚合氯化鋁量為225 kg，儲藥量按30 d使用量考慮，約6 750 kg。

10%PAC溶液投加量為2 250 L/d。

3)溶藥桶2只，每只V=3 000 L，φ=1 580 mm，H=1 630 mm，各配套攪拌機1臺，每臺N=0.55 kW。

計量泵：Q=180 L/h；N=0.25 kW(兩臺，一用一備)。

4.3 加氯裝置

有效氯投加量應根據試驗和相似條件下的水廠運行經驗，按最大用量確定，并應使余氯量符合《生活飲用水衛生規范》的要求。本工程設計規模為15 000 m3/d，設計有效氯投加量為1.0 mg/L，以保證出廠水余氯含量不小于0.3 mg/L(按來水余氯含量為0 mg/L設計)。選用濃度為10%的次氯酸鈉成品溶液，投加量為6.3 L/h，設計選用電磁驅動計量泵兩臺(一用一備)，計量泵參數：q=16 L/h，H=0.30 MPa，N=24 W。

設計次氯酸按儲量滿足設備運行18 d，選用5 m3次氯酸鈉液體儲罐兩臺，罐體設加藥管及泄空管路。

加氯間選用一體化智能加氯控制設備，根據來水流量進行自動加氯，該設備具有PLC自動控制系統，計量泵電源控制，泵頻率自動調節功能，可實現全自動運行，流量反饋控制，根據出廠余氯控制投加量。

5 結語

一體化凈水設備是集絮凝，沉淀，過濾等工藝的一種新型的凈水設備，其將眾多的功能集于一身，從而實現單體全自動運行。一體化凈水設備不僅使用范圍廣，處理效果好，出水水質優良，而且耗水量少，動力消耗省，占地面積小。本工程以其在晉中某水廠的工藝設計實例，以水廠實際情況為基礎，對各個一體化凈水設備各個功能區間和其他配套單體進行了設計。